國外新興低軌通信星座發(fā)展態(tài)勢分析

宋海豐（中國空間技術研究院）

近年來，全球低軌通信星座領域發(fā)展有持續(xù)加速的態(tài)勢，尤以“一網(wǎng)”（OneWeb）計劃為代表的寬帶星座項目建設不斷推進、業(yè)務合作穩(wěn)步拓展、商業(yè)模式不斷創(chuàng)新，將與地面通信技術領域的換代升級相聯(lián)合，引領一場信息基礎設施的巨大變革，產(chǎn)生深遠的影響，值得關注和分析。

1 全球低軌通信星座競爭步入爆發(fā)前夜

低軌通信領域火熱程度已達歷史新高

20年來，低軌通信星座領域歷經(jīng)深刻調(diào)整與變革，逐步走出20世紀末的失敗困境，從2014年開始快速回潮并保持了各個維度的高位增長態(tài)勢。據(jù)不完全統(tǒng)計，近3年，全球已提出了數(shù)十個星座計劃，且這一數(shù)字仍在逐年迅速攀升。

星座規(guī)模方面也發(fā)生了質(zhì)的飛躍，與“銥”（Iridium）衛(wèi)星、“全球星”（Globalstar）等傳統(tǒng)星座的數(shù)十顆相比，包括一網(wǎng)公司（OneWeb）、波音公司（Boeing）、美國太空探索技術公司（SpaceX）、韓國三星公司（Samsung）等在內(nèi)的多個星座計劃都達到了數(shù)千顆衛(wèi)星量級，僅SpaceX公司的4000余顆衛(wèi)星總發(fā)射質(zhì)量就將達到1708t，將超過歷史上發(fā)射的所有低地球軌道（LEO）通信衛(wèi)星質(zhì)量之和；發(fā)展主體越來越多，絕大多數(shù)的星座計劃都由新興初創(chuàng)公司提出，為傳統(tǒng)行業(yè)引入了新的發(fā)展模式和理念，也吸引了大規(guī)模投資，一網(wǎng)公司和SpaceX公司兩個星座項目獲得的投資規(guī)模已超過20億美元，未來預計的總投資額將分別達到300億美元（據(jù)最新公布計劃）和100億美元。在各界力量的持續(xù)推動下，新一輪低軌星座發(fā)展從概念和構(gòu)想開始邁入實質(zhì)性建設階段。

典型低軌通信星座情況

寬帶成為新興星座計劃的主角力場

與20世紀末衛(wèi)星通信行業(yè)熱衷于構(gòu)建天基泛在移動通信藍圖不同，新一輪星座浪潮將絕大多數(shù)資本力量吸引至寬帶通信領域，無論口號是“為了另外三十億人”（O3b）、“同一個世界、同一個網(wǎng)絡”（OneWeb），還是“連接全世界”（Connecting the World），本質(zhì)都在于為更多用戶提供高速互聯(lián)網(wǎng)接入。集中性的投資行為契合了業(yè)界對當前發(fā)展態(tài)勢的研判：傳統(tǒng)最大的收入來源—固定電視直播業(yè)務增長乏力，趨于成熟的地面寬帶通信網(wǎng)絡欲在地理范圍上深度擴張又面臨成本高的困局，衛(wèi)星寬帶服務面臨前所未有的發(fā)展機遇。根據(jù)國外權(quán)威咨詢機構(gòu)—美國北方天空研究所（NSR）的預測，2016-2025年，全球衛(wèi)星寬帶用戶數(shù)量和業(yè)務收入均將激增300%左右，增長率遠遠超過其他各類衛(wèi)星通信應用服務。而行業(yè)外部，軟銀股份有限公司（Softbank）、谷歌公司（Google）、蘋果公司（Apple Inc.）等大型互聯(lián)網(wǎng)科技公司，則結(jié)合自身利益拓展需求，分別投資星座計劃（對應一網(wǎng)公司、SpaceX公司和波音公司）推波助瀾，使寬帶服務成為當前新興星座計劃角逐的最主要細分市場。

對所有旨在全球服務的低軌星座而言，頻譜資源具備獨占性和排他性，其爭奪結(jié)果直接影響項目成敗。當前，在Ku、Ka頻段競爭趨于飽和的態(tài)勢下，向更高頻段拓展已成為新興星座計劃提出者的集中發(fā)力點。目前，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）已先后向一網(wǎng)公司、加拿大電信衛(wèi)星公司和SpaceX公司頒發(fā)市場準入許可，長久以來懸而未決但又意料之中的Ku頻段權(quán)限問題“暫時”塵埃落定，但星座建設情況不一，OneWeb星座的首批10顆試驗星正在研制中，計劃2018年下半年發(fā)射；SpaceX公司的2顆試驗衛(wèi)星已經(jīng)發(fā)射成功，正在進行在軌測試；加拿大電信衛(wèi)星公司的2顆試驗衛(wèi)星也已成功發(fā)射1顆，另1顆則在2016年底的俄羅斯火箭事故中損毀。另一個值得注意的情況是，V頻段資源競爭也進入了令從業(yè)者意想不到的白熱化局面：波音公司提出的1396～2956顆衛(wèi)星星座方案本就主打業(yè)界甚少關注的V頻段，但根據(jù)FCC資料顯示，2017年3月，SpaceX公司、一網(wǎng)公司和加拿大電信衛(wèi)星公司也都提交了各自的V頻段星座申請文件。

2018-2019年成為業(yè)界“押注”的風口期

不管是為了補強服務能力保持業(yè)務增長，還是拓展新興領域布局未來戰(zhàn)略，包括全球四大固定衛(wèi)星運營商與兩大制造商在內(nèi)的傳統(tǒng)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)界，或投資、或合作、或獨自發(fā)展，均已向低軌星座方向做出一系列大的調(diào)整動作。綜合各個星座計劃進展來看，從2018年開始，行業(yè)將正式邁入大規(guī)模密集部署階段，2019年或達到第一個高峰。其中，一網(wǎng)公司的大規(guī)模部署是最直接的影響因素，其美國工廠已動工，首批衛(wèi)星也已在法國投產(chǎn)，2018年部署可期。

有意思的是，歐洲咨詢公司（Euroconsult）在2017年6月作衛(wèi)星制造與發(fā)射市場預測分析時，一改以往給出確鑿結(jié)論的慣例，作了基線情況（Base Scenario）和上限情況（Upside Scenario）兩組不確定性預測曲線，分別對應只有一網(wǎng)公司成功部署以及包括SpaceX公司、波音公司、加拿大電信衛(wèi)星公司和低軌衛(wèi)星公司都發(fā)射的情況，兩組曲線之間的差額衛(wèi)星數(shù)目達到6000余顆，是人類到目前為止發(fā)射通信衛(wèi)星總量的3倍左右！客觀來看，數(shù)千顆衛(wèi)星研制、上百次密集發(fā)射，開啟的不僅僅是衛(wèi)星通信服務業(yè)不同軌道運營商競爭格局的重塑，也是傳統(tǒng)衛(wèi)星制造與發(fā)射能力深化調(diào)整、轉(zhuǎn)型命運的一次豪賭。從普遍輿論來看，2018、2019兩年都將成為向該領域投資的最后風口期。而就歷史經(jīng)驗來看，這一輪星座建設究竟是成是敗，也將很快見分曉。

2 傳統(tǒng)航天企業(yè)積極應對沖擊影響

運營業(yè)沖擊：運營商數(shù)據(jù)業(yè)務全面劣勢，海事航空服務危機潛伏

在這一輪低軌建設浪潮中，傳統(tǒng)衛(wèi)星運營商面臨的市場沖擊最為直接和全面，雖然其依靠發(fā)展多年積累的業(yè)務渠道、占據(jù)的頻軌資源、建設的地面網(wǎng)絡等基礎條件，在與低軌系統(tǒng)的初期博弈中占有優(yōu)勢，但不可否認的是，在傳輸時延與服務連續(xù)性要求越來越嚴苛的數(shù)據(jù)業(yè)務面前，傳統(tǒng)地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星相比LEO、甚至中地球軌道（MEO）星座都是劣勢的。

在傳輸時延方面，新興中軌系統(tǒng)O3b的成功已為運營商們敲響了“警鐘”，該星座主要扎根數(shù)據(jù)回程傳輸市場，必須與GEO運營商硬碰硬。據(jù)歐洲咨詢公司統(tǒng)計，自2015年以來，O3b公司所獲的電信蜂窩回程業(yè)務合同數(shù)量，遠超過國際通信衛(wèi)星公司（INTELSAT）、歐洲衛(wèi)星公司（SES）等傳統(tǒng)大型運營商。從技術層面看，O3b星座成功最關鍵的問題就在于，該系統(tǒng)100ms的時延僅為傳統(tǒng)GEO衛(wèi)星的1/4，但服務價格上卻相差不大。因而，在沒有MEO和LEO星座的情況下，GEO星座是解決光纖在遠端布設成本過高的唯一解決途徑，解決了有無問題。當有了更好的選擇之后，就是選擇更加優(yōu)質(zhì)和符合市場需求的方案的問題了。更何況，從長遠發(fā)展考慮，未來地面網(wǎng)絡向時延要求更苛刻的5G發(fā)展，利用低軌系統(tǒng)滿足5G網(wǎng)絡需求，顯然符合更多地面運營商的業(yè)務發(fā)展布局。

另一方面，低軌寬帶星座在兩極覆蓋能力上的地理優(yōu)勢，也是傳統(tǒng)GEO運營商所不具備的，這種優(yōu)勢不僅可以為各類商業(yè)公司拓展業(yè)務區(qū)域所用，也符合很多國家的戰(zhàn)略甚至軍事利益而得到支持。從地理區(qū)劃上來說，兩極、特別是北極地區(qū)，是北半球跨大洲國際航線業(yè)務的主要途徑地，但也歷來是GEO通信衛(wèi)星系統(tǒng)的“盲區(qū)”。目前，機載、海事聯(lián)網(wǎng)市場是全球衛(wèi)星通信行業(yè)增勢最為迅猛的細分領域之一，這些領域?qū)ΡＷC服務連續(xù)性的要求，將推動低軌系統(tǒng)的快速應用。2016年，全球最大的機載聯(lián)網(wǎng)服務商美國Gogo公司就表達了利用OneWeb衛(wèi)星為其2Ku解決方案供應容量的意愿。

應對策略：高低軌一體化布局，優(yōu)勢互補提升行業(yè)競爭力

2017年2月，一網(wǎng)公司與國際通信衛(wèi)星公司宣布合并，計劃實現(xiàn)高低軌系統(tǒng)的聯(lián)合運營、一體化服務，雖然最終因債權(quán)問題未能成功，但放眼整個衛(wèi)星通信行業(yè)，采用主動合作的方式應對沖擊已經(jīng)成為運營商的共性策略。2016年4月，加拿大電信衛(wèi)星公司就對外公開了其發(fā)展低軌星座的構(gòu)想，并正式采購了2顆試驗衛(wèi)星；2016年5月，歐洲SES公司宣布增持中軌道寬帶通信星座運營商O3b公司股份至100%，成為全球首個擁有GEO+MEO系統(tǒng)的運營商；2017年5月，亞洲最大固定衛(wèi)星運營商日本完美天空日星公司（Sky Perfect JSAT）宣布向歐洲低軌激光通信星座計劃初創(chuàng)公司低軌衛(wèi)星公司投資，并參與其寬帶服務分銷。2018年3月，歐洲通信衛(wèi)星公司（EUTELSAT）也宣布將打造低軌物聯(lián)網(wǎng)星座。至此，全球最大的五家固定通信衛(wèi)星運營商均已向中低軌系統(tǒng)做出戰(zhàn)略調(diào)整。透過這種新趨向可以看出，傳統(tǒng)運營商和新興低軌星座相互之間存在取長補短的潛在合作價值。

首先，對于低軌星座來說，聯(lián)合GEO運營商可以最大化地減少系統(tǒng)建設之外的成本。這主要體現(xiàn)在兩點，一是頻率資源的稀缺，導致兩者將在頻率使用方面產(chǎn)生難以調(diào)和的矛盾，考慮到國際電信聯(lián)盟公司（ITU）對GEO衛(wèi)星頻率使用的保護以及各國頻率協(xié)調(diào)的難度，與全球性GEO運營商合作，可以將潛在反對者變?yōu)樽钣辛Φ闹С终撸苿悠浔M快獲得各國信號落地權(quán)，以盡早提供服務。二是LEO星座需要提供全球服務，必須在世界各地投入巨大時間和財力尋找并建立分銷渠道，而這種無形資產(chǎn)恰恰是已運行多年的傳統(tǒng)運營商的強項，與之合作，可以快速打開相對成熟的服務市場，省去建立營銷體系的大規(guī)模前期投入。

其次，對GEO運營商來說，低軌星座大多致力于發(fā)展高速寬帶網(wǎng)絡的布局，這與業(yè)界對未來寬帶業(yè)務的預期不謀而合。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r效性、對極地區(qū)域覆蓋的連續(xù)性方面，也將彌補傳統(tǒng)業(yè)務一直以來無法克服的缺陷。從業(yè)務層面來看，聯(lián)合服務對鞏固其自身發(fā)展優(yōu)勢、拓展市場空間來說都是利大于弊；此外，LEO星座在研制和部署上的靈活性，也將成為傳統(tǒng)運營商試驗新衛(wèi)星技術、開辟新應用服務的“測試床”。GEO通信衛(wèi)星造價高、風險大、壽命長、技術更迭緩慢，如商業(yè)現(xiàn)貨（COTS）組件、新衛(wèi)星研制技術（3D打印部件）等新想法和新概念的應用成本高的缺點，都可以通過LEO星座更新升級迅速、能在過往一代GEO衛(wèi)星的項目周期內(nèi)實現(xiàn)技術快速演進的特點加以彌補。

制造業(yè)沖擊：大批量、規(guī)模生產(chǎn)漸成重點，能力亟待轉(zhuǎn)型

受LEO星座系統(tǒng)快速發(fā)展的影響，全球衛(wèi)星制造業(yè)的整體波動也異常明顯。2017年6月，全球最大的GEO通信衛(wèi)星制造商勞拉空間系統(tǒng)公司（SS/L）宣布，由于缺乏衛(wèi)星訂單不得不裁員10%。同年7月，美國衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)協(xié)會（SIA）發(fā)布最新版《衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)狀況報告》指出，2016年，全球衛(wèi)星制造業(yè)收入結(jié)束了近年來的持續(xù)增長態(tài)勢，同比大幅下滑13%，甚至低于2012年的收入水平。其中，通信衛(wèi)星制造業(yè)收入同比驟降56%，是行業(yè)發(fā)生劇烈波動的最大動因。毫無疑問，在市場預期充滿巨大不確定性的形勢下，運營商們或舉棋不定、保持觀望，或提前轉(zhuǎn)型向低軌探索，在很大程度上導致GEO衛(wèi)星訂單數(shù)量下降。對制造商來說，則意味著必須從原有研制模式和業(yè)務格局中做出轉(zhuǎn)型調(diào)整，以應對最新的用戶需求，把握好這場低軌建設浪潮的“風口”。

對制造商而言，大批量、生產(chǎn)線的模式已不再是空談，衛(wèi)星生產(chǎn)流程的優(yōu)化、改進甚至再造必須提上日程。與過往全球通信衛(wèi)星市場每年交付數(shù)量一般在50顆以下、交付周期2～5年不同，目前的新興LEO星座規(guī)模已經(jīng)達到數(shù)百顆或者千顆量級，交付周期要求也比普通GEO衛(wèi)星更嚴苛（否則無法按期提供全球服務）。以傳統(tǒng)制造商的現(xiàn)有總裝集成測試（AIT）設施、延續(xù)現(xiàn)有的研制模式，無法滿足這種需求。在一網(wǎng)公司之前，泰雷茲-阿萊尼亞航天公司（TAS）保持著每周生產(chǎn)1顆“下一代銥星”（Iridium NEXT）衛(wèi)星記錄，而一網(wǎng)公司則提出1天至少3顆衛(wèi)星的出廠速度，將達到衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)界前所未有的交付水平。一網(wǎng)公司因此決定主動探索現(xiàn)代化的生產(chǎn)線模式，為星座部署提供保障。此外，包括波音、洛馬（LM）等公司在內(nèi)均已將可滿足小衛(wèi)星研制需求的新型衛(wèi)星工廠/生產(chǎn)線納入發(fā)展計劃。從這個角度來看，整個行業(yè)都已處于變革潛伏期。

應對策略：合作造星、向運營拓展，牽引研制格局優(yōu)化升級

總結(jié)來看，傳統(tǒng)衛(wèi)星制造商的應對策略主要有兩種，一是主動向新興星座運營商注資，采用聯(lián)合方式幫助其制造衛(wèi)星；二是向低軌通信運營服務領域拓展，實現(xiàn)縱向一體化的產(chǎn)業(yè)布局。

前者主要對應空客防務與航天公司（ADS）的做法，該公司是歐洲最大的通信衛(wèi)星制造商，于2015年6月作為戰(zhàn)略投資者參加了一網(wǎng)公司的A輪融資，并隨后確定與其合資來研制數(shù)百顆衛(wèi)星?？湛头绖张c航天公司在GEO通信衛(wèi)星制造方面經(jīng)驗豐富，但在數(shù)百千克級的小型通信衛(wèi)星方面卻未曾涉足。此番該公司與一網(wǎng)公司的合作，是其補齊業(yè)務短板，同時積極探索新型制造模式的一次重要戰(zhàn)略調(diào)整。目前合作進展順利，2017年6月27日，一網(wǎng)公司宣布，在空客防務與航天公司的試驗生產(chǎn)線已正式投產(chǎn)，首批10顆試驗衛(wèi)星將按期交付發(fā)射。一網(wǎng)公司在美國設立的衛(wèi)星工廠也已動工建設，將保障后續(xù)上千顆衛(wèi)星的研制工作。該生產(chǎn)線將由載荷、星載電子設備、推進系統(tǒng)以及太陽電池翼等4條獨立裝配、獨立測試的并行模塊組裝線。部件完成組裝之后，進入總裝生產(chǎn)線按序進行集成，完成整星測試后出廠。在整個生產(chǎn)線中，充分利用智能裝配工具、自動光學檢測系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)、機器人、增強現(xiàn)實工具，以及自動測試系統(tǒng)等數(shù)字化、智能化手段，加速總裝集成測試流程，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。未來，在穩(wěn)定運行后，該工廠也將為其他小衛(wèi)星的生產(chǎn)提供服務。

后者主要對應波音公司的做法，該公司是國外唯一一家提出發(fā)展LEO通信星座并拓展衛(wèi)星運營業(yè)務的傳統(tǒng)制造商。事實上，這一舉措有著較深的技術背景和長遠戰(zhàn)略布局。首先，波音公司并非衛(wèi)星運營領域的門外漢，其作為全球六大GEO通信衛(wèi)星制造商之一，也做衛(wèi)星地面系統(tǒng)并提供代管式的運營服務，第一代“銥”衛(wèi)星星座就由波音公司主要提供運管服務。另一方面，波音公司近年來的衛(wèi)星訂單下滑情況也較為嚴重，該公司總裁在2017年7月接受采訪時稱，波音公司要通過載荷技術創(chuàng)新來應對這種壓力。但毫無疑問，利用獨立發(fā)展LEO星座的契機，實現(xiàn)制造、運營的一體化服務模式，可以幫助其有效降低研制成本，同時帶動自身衛(wèi)星制造能力的轉(zhuǎn)變。

3 對行業(yè)發(fā)展的認識和建議

穩(wěn)固根基，瞄準載荷靈活性、高通量等方向，持續(xù)提升高性能大衛(wèi)星的研制水平

LEO通信系統(tǒng)如火如荼的發(fā)展，不意味著將完全取代GEO通信衛(wèi)星。可預見，未來兩類系統(tǒng)之間將存在長期博弈。傳統(tǒng)高軌通信衛(wèi)星需求雖然在下降，但考慮其在服務方面的優(yōu)勢和特點，終將趨于穩(wěn)定。而且高性能GEO通信衛(wèi)星市場的爭奪還在不斷加速，發(fā)展空間依然巨大，也是傳統(tǒng)衛(wèi)星制造商長久立足的根本所在。

這里的高性能集中體現(xiàn)在高通量衛(wèi)星和靈活有效載荷兩個方向，前者是順應市場對不斷增長帶寬與傳輸速率需求而演變的一種必然趨勢；后者則是未來運營商優(yōu)化配置在軌能力、更高效地滿足服務用戶的一種必然要求。在此背景下，傳統(tǒng)制造商應當保持自身在GEO衛(wèi)星研制上已有的實力和優(yōu)勢，兩個方向加快共同發(fā)展，不斷提升研制水平和能力，這既是穩(wěn)定傳統(tǒng)業(yè)務收入的內(nèi)在要求，也是鞏固、提升核心競爭力的重要手段。

主動出擊，直面小衛(wèi)星、大批量等挑戰(zhàn)，優(yōu)化甚至重塑研制流程，實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級

LEO星座所帶來的衛(wèi)星研制、生產(chǎn)領域的沖擊，已經(jīng)在深刻改變傳統(tǒng)衛(wèi)星制造商長久以來秉持和沿襲的理念和模式。國外主流制造商都已開始向此方向做出戰(zhàn)略布局，波音公司甚至自己提出打造LEO星座的構(gòu)想，未來將從制造向運營服務拓展。而考慮到未來數(shù)年內(nèi)的快速增長趨勢，小衛(wèi)星研制訂單爭奪將趨于白熱化。

市場機遇不會留下等待的時間，傳統(tǒng)制造商需要盡快將此類衛(wèi)星的研制、生產(chǎn)流程優(yōu)化甚至重鑄提上日程，引進先進理念和制造技術，以滿足商業(yè)市場需求為導向，在研制交付周期、衛(wèi)星質(zhì)量要求上進行合理折中和設計考量，力爭在該領域市場占據(jù)一席之地。

理清商業(yè)與盈利模式，找準市場和業(yè)務方向，推動高低軌系統(tǒng)一體化、融合發(fā)展

從當前來看，決定LEO通信星座能否成功發(fā)展的最大問題，不在于技術是否足夠先進，而在于系統(tǒng)能否實現(xiàn)穩(wěn)定持續(xù)盈利?！般灐毙l(wèi)星第一代系統(tǒng)雖然技術領先全球，但缺乏用戶和收入來源，導致資不抵債，因而失敗。O3b系統(tǒng)之所以成功，是因為其找準了市場和業(yè)務方向，建立穩(wěn)定、高價值的用戶群體，實現(xiàn)持續(xù)盈利和收入增長。

如果要依靠商業(yè)力量發(fā)展LEO通信系統(tǒng)，必須首先考慮清楚未來的業(yè)務收入來源、規(guī)模以及收回投資成本的預期時間，從一開始建立邏輯清晰、合理可行的商業(yè)盈利模式，吸引資本市場等多元化投入，為星座的穩(wěn)定運行發(fā)展奠定基礎。另一方面，要積極考慮與衛(wèi)星運營商已有的關口站、業(yè)務渠道等資源結(jié)合，與國內(nèi)GEO衛(wèi)星業(yè)務布局、規(guī)劃計劃相結(jié)合，推動高低軌系統(tǒng)的優(yōu)勢互補，促進通信衛(wèi)星應用服務領域的繁榮，引領和帶動國民經(jīng)濟、社會穩(wěn)定、國家安全等領域的全面協(xié)同發(fā)展。